根细胞壁蛋白在重金属壁-膜转运过程中的作用机制

重金属如何进入细胞是植物吸收重金属分子机理的研究热点。本项目以细胞壁蛋白为研究的着眼点，以重金属在细胞壁、细胞质膜间的转运过程为研究主线，采用2D-PAGE、BN-PAGE等现代生物技术联合激光烧蚀电感耦合等离子质谱、固相金属亲和层析技术、同步辐射X－射线吸收光谱等手段，重点研究植物在重金属胁迫下，根细胞壁蛋白与细胞壁组分的关系、根细胞壁中的金属结合蛋白及其特征，重金属在壁、膜蛋白中分子形态的转变等内容，探索膜蛋白及膜蛋白复合物与细胞壁蛋白的相互作用；明确根细胞壁蛋白表达与重金属转运的关系；阐明细胞壁蛋白在重金属壁-膜转运过程中的作用机制。从而为重金属污染土壤的植物修复和农产品营养元素的生物强化提供理论依据。

金属离子的跨壁膜转运是植物根吸收重金属的关键过程。本项目以重金属铜耐性植物海州香薷为研究材料，采用2D-PAGE、BN-PAGE等现代生物技术联合蛋白质谱、固相金属亲和层析等技术，研究铜吸收过程中细胞壁和细胞膜变化，及其在铜壁-膜转运过程中的可能机制。研究证实细胞壁是铜在根内主要的沉积部位，发现根系中与蛋白质或果胶结合的铜占重要份额。而细胞壁中果胶、半纤维素2、半乳糖醛酸、KDO等组分含量的升高在增加海州香薷的铜吸收和耐受过程可能起到积极意义。蛋白质组学研究发现缺铜时，根系有七十多个蛋白的表达丰度发生改变，这些蛋白可能正调控海州香薷的铜代谢和逆境抵御。细胞壁蛋白质组研究发现细胞壁扩展蛋白、富亮氨酸重复结构的壁蛋白质、氧化还原调控等细胞蛋白发生上调表达。通过固相金属亲和层析技术分离鉴定了八种细胞壁金属结合蛋白，解析了其金属结合基序，探讨了壁蛋白在铜吸收过程中的可能机制。分离了膜蛋白/复合物，解析了其组成与细胞壁蛋白的关系。研究了铜对海州香薷根细胞质膜蛋白表达的影响，探讨了膜蛋白在铜跨膜在铜离子吸收过程中可能机制。